МАГНИТНЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА (II, III), КОНЪЮГИРОВАННЫЕ С ДОКСОРУБИЦИНОМ, ДЛЯ ТЕРАПИИ ОПУХОЛЕЙ
|
АННОТАЦИЯ 3
Оглавление 1
Перечень условных обозначений, символов, сокращений, терминов 4
Введение 6
1 Обзор литературы 8
1.1 Строение Fe3O4 8
1.2 Методы получения МНЧ на основе БезО4 8
1.3 Поверхностная модификация МНЧ 12
1.3.1 Строение доксорубицина 14
1.3.2 Побочные эффекты доксорубицина 15
1.3.3 Механизмы цитотоксичности доксорубицина 16
1.4 Магнитные свойства МНЧ на основе Fe3O4 20
1.5 Морфологические и электрокинетические свойства МНЧ 22
1.6 МНЧ в современной биомедицине 22
1.6.1 Гипертермия опухолевых тканей, опосредованная МНЧ и ПМП 22
1.6.2 Адресная терапия с использованием МНЧ Fe3O4, конъюгированных с
доксорубицином, опосредованная магнитным полем 24
1.7 Проблемы, связанные с применением МНЧ 26
2 Материалы и методы 28
2.1 Материалы 28
2.1.1 Магнитные наночастицы на основе Fe3O4 28
2.1.2 Клеточные линии 29
2.2 Методы 30
2.2.1 Оценка теплового отклика МНЧ в ПМП 30
2.2.2 Оценка десорбции доксорубицина с поверхности МНЧ под воздействием
ПМП 31
2.2.3 Определение оптимальной плотности рассадки клеток 31
2.2.4 Исследование цитотоксичности МНЧ методом МТТ-теста 32
2.2.5 Оценка влияния ПМП на цитотоксичность МНЧ 34
2.2.6 Статистический анализ данных 36
3 Результаты и обсуждение 37
3.1 Определение оптимальной плотности рассадки клеток линий 4T1, MDA-MB231,
SKOV-3, Colo201, HepG2 37
3.2 Изучение свойств МНЧ серий VAV-328-1-4, 325-3-6, полученных в условиях 1,5- и 3,0-кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без или в присутствии
PMIDA 38
3.2.1 Оценка теплового отклика МНЧ VAV-328-1-4, полученных в условиях 1,5- и
3,0-кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без или в присутствии PMIDA и конъюгированных с доксорубицином, в ПМП 39
3.2.2 Определение десорбции доксорубицина с поверхности МНЧ VAV-328-1-4,
полученных в условиях 1,5- и 3,0-кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без или в присутствии PMIDA и конъюгированных с доксорубицином, под воздействием ПМП 40
3.2.3 Исследование цитотоксичности МНЧ серий VAV-328-1-4 и 325-3-6, полученных в условиях 1,5- и 3,0-кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без или в присутствии PMIDA, методом МТТ-теста 41
3.3 Изучение свойств МНЧ серии VAV-368-4-5, полученных в условиях 1,5-кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без PMIDA и модифицированных PEG....52
3.3.1 Оценка теплового отклика МНЧ VAV-368-5, полученных в условиях 1,5-
кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без PMIDA, модифицированных PEG и конъюгированных с доксорубицином, в ПМП 52
3.3.2 Определение десорбции доксорубицина с поверхности МНЧ VAV-368-5, полученных в условиях 1,5-кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без
PMIDA, модифицированных PEG и конъюгированных с доксорубицином, под
воздействием ПМП 53
3.3.3 Исследование цитотоксичности МНЧ серии VAV-368, полученных в условиях
1,5- кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без PMIDA, модифицированных PEG, методом МТТ-теста 54
3.3.4 Оценка влияния ПМП на цитотоксичность МНЧ VAV-368-5,
модифицированных PEG и конъюгированных с доксорубицином, методом МТТ-теста 57
3.4 Изучение свойств МНЧ серий VAV-395 и VAV-396, полученных в условиях 1,5- кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без PMIDA, модифицированных
и немодифицированных PEG 61
3.4.1 Оценка теплового отклика конъюгированных с доксорубицином МНЧ VAV-
395-7, модифицированных PEG, и VAV-396-5, не модифицированных PEG 61
3.4.2 Определение десорбции доксорубицина с поверхности конъюгированных с
доксорубицином МНЧ VAV-395-7, модифицированных PEG, и VAV-396-5, не модифицированных PEG, под воздействием ПМП 62
3.4.3 Исследование цитотоксичности МНЧ серий VAV-395 и VAV-396, полученных в условиях 1,5-кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без
PMIDA, модифицированных и немодифицированных PEG 63
3.4.4 Оценка влияния ПМП на цитотоксичность МНЧ серий VAV-395, не
модифицированных PEG, и VAV-396, модифицированных PEG 70
3.5 Изучение свойств МНЧ VAV-394-6, немодифицированных PEG, силанизированных в присутствии PMIDA и конъюгированных с доксорубицином 73
3.5.1 Определение десорбции доксорубицина с поверхности МНЧ VAV-394-6, немодифицированных PEG, силанизированных в присутствии PMIDA и конъюгированных с доксорубицином, под воздействием ПМП 73
3.5.2 Исследование цитотоксичности МНЧ VAV-394-6, немодифицированных
PEG, силанизированных в присутствии PMIDA и конъюгированных с доксорубицином, методом МТТ-теста 74
3.5.3 Оценка влияния ПМП на цитотоксичность МНЧ VAV-394-6,
немодифицированных PEG, силанизированных в присутствии PMIDA и конъюгированных с доксорубицином 76
3.6 Сравнительная характеристика исследованных МНЧ 78
Выводы 82
Список использованных источников 83
Оглавление 1
Перечень условных обозначений, символов, сокращений, терминов 4
Введение 6
1 Обзор литературы 8
1.1 Строение Fe3O4 8
1.2 Методы получения МНЧ на основе БезО4 8
1.3 Поверхностная модификация МНЧ 12
1.3.1 Строение доксорубицина 14
1.3.2 Побочные эффекты доксорубицина 15
1.3.3 Механизмы цитотоксичности доксорубицина 16
1.4 Магнитные свойства МНЧ на основе Fe3O4 20
1.5 Морфологические и электрокинетические свойства МНЧ 22
1.6 МНЧ в современной биомедицине 22
1.6.1 Гипертермия опухолевых тканей, опосредованная МНЧ и ПМП 22
1.6.2 Адресная терапия с использованием МНЧ Fe3O4, конъюгированных с
доксорубицином, опосредованная магнитным полем 24
1.7 Проблемы, связанные с применением МНЧ 26
2 Материалы и методы 28
2.1 Материалы 28
2.1.1 Магнитные наночастицы на основе Fe3O4 28
2.1.2 Клеточные линии 29
2.2 Методы 30
2.2.1 Оценка теплового отклика МНЧ в ПМП 30
2.2.2 Оценка десорбции доксорубицина с поверхности МНЧ под воздействием
ПМП 31
2.2.3 Определение оптимальной плотности рассадки клеток 31
2.2.4 Исследование цитотоксичности МНЧ методом МТТ-теста 32
2.2.5 Оценка влияния ПМП на цитотоксичность МНЧ 34
2.2.6 Статистический анализ данных 36
3 Результаты и обсуждение 37
3.1 Определение оптимальной плотности рассадки клеток линий 4T1, MDA-MB231,
SKOV-3, Colo201, HepG2 37
3.2 Изучение свойств МНЧ серий VAV-328-1-4, 325-3-6, полученных в условиях 1,5- и 3,0-кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без или в присутствии
PMIDA 38
3.2.1 Оценка теплового отклика МНЧ VAV-328-1-4, полученных в условиях 1,5- и
3,0-кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без или в присутствии PMIDA и конъюгированных с доксорубицином, в ПМП 39
3.2.2 Определение десорбции доксорубицина с поверхности МНЧ VAV-328-1-4,
полученных в условиях 1,5- и 3,0-кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без или в присутствии PMIDA и конъюгированных с доксорубицином, под воздействием ПМП 40
3.2.3 Исследование цитотоксичности МНЧ серий VAV-328-1-4 и 325-3-6, полученных в условиях 1,5- и 3,0-кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без или в присутствии PMIDA, методом МТТ-теста 41
3.3 Изучение свойств МНЧ серии VAV-368-4-5, полученных в условиях 1,5-кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без PMIDA и модифицированных PEG....52
3.3.1 Оценка теплового отклика МНЧ VAV-368-5, полученных в условиях 1,5-
кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без PMIDA, модифицированных PEG и конъюгированных с доксорубицином, в ПМП 52
3.3.2 Определение десорбции доксорубицина с поверхности МНЧ VAV-368-5, полученных в условиях 1,5-кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без
PMIDA, модифицированных PEG и конъюгированных с доксорубицином, под
воздействием ПМП 53
3.3.3 Исследование цитотоксичности МНЧ серии VAV-368, полученных в условиях
1,5- кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без PMIDA, модифицированных PEG, методом МТТ-теста 54
3.3.4 Оценка влияния ПМП на цитотоксичность МНЧ VAV-368-5,
модифицированных PEG и конъюгированных с доксорубицином, методом МТТ-теста 57
3.4 Изучение свойств МНЧ серий VAV-395 и VAV-396, полученных в условиях 1,5- кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без PMIDA, модифицированных
и немодифицированных PEG 61
3.4.1 Оценка теплового отклика конъюгированных с доксорубицином МНЧ VAV-
395-7, модифицированных PEG, и VAV-396-5, не модифицированных PEG 61
3.4.2 Определение десорбции доксорубицина с поверхности конъюгированных с
доксорубицином МНЧ VAV-395-7, модифицированных PEG, и VAV-396-5, не модифицированных PEG, под воздействием ПМП 62
3.4.3 Исследование цитотоксичности МНЧ серий VAV-395 и VAV-396, полученных в условиях 1,5-кратного мольного избытка TEOS, силанизированных без
PMIDA, модифицированных и немодифицированных PEG 63
3.4.4 Оценка влияния ПМП на цитотоксичность МНЧ серий VAV-395, не
модифицированных PEG, и VAV-396, модифицированных PEG 70
3.5 Изучение свойств МНЧ VAV-394-6, немодифицированных PEG, силанизированных в присутствии PMIDA и конъюгированных с доксорубицином 73
3.5.1 Определение десорбции доксорубицина с поверхности МНЧ VAV-394-6, немодифицированных PEG, силанизированных в присутствии PMIDA и конъюгированных с доксорубицином, под воздействием ПМП 73
3.5.2 Исследование цитотоксичности МНЧ VAV-394-6, немодифицированных
PEG, силанизированных в присутствии PMIDA и конъюгированных с доксорубицином, методом МТТ-теста 74
3.5.3 Оценка влияния ПМП на цитотоксичность МНЧ VAV-394-6,
немодифицированных PEG, силанизированных в присутствии PMIDA и конъюгированных с доксорубицином 76
3.6 Сравнительная характеристика исследованных МНЧ 78
Выводы 82
Список использованных источников 83
Онкологические заболевания - вторая после сердечно-сосудистых заболеваний причина смертности в мире [Incident cardiovascular disease ..., 2022 ; Cancer statistics, 2023]. Традиционные противоопухолевые лекарства оказывают негативные побочные эффекты на здоровые клетки, что связано с их неспецифическим распределением в организме. Сегодня многие исследования направлены на разработку новых подходов к терапии онкологических заболеваний с целью минимизировать повреждение здоровых тканей и, следовательно, уменьшить побочные эффекты [Quo Vadis ..., 2020 ; Multifunctional Iron Oxide Magnetic Nanoparticles ... , 2022].
Магнитные наночастицы (МНЧ) представляют собой интересный класс наноматериалов, которые широко исследуются для использования во многих приложениях: в сенсорных технологиях, устройствах памяти, магнитной сепарации, магнитной маркировке и каталитических процессах [Magnetic Nanoparticles as Versatile Carriers ..., 2018 ; Magnetic-Nanosensor-Based ..., 2020 ; Fe3O4 Nanoparticles ..., 2021]. В биомедицине МНЧ также применяются как контрастные агенты для магнитно-резонансной томографии (МРТ), носители лекарств и средства для магнитной гипертермии [Magnetic nanomaterials ... , 2020 ; A multifunctional potential agent ... , 2021 ; Iron oxide-based magneto-optical nanocomposites ... , 2021 ; Chubarov, 2022]. Использование наноматериалов для доставки лекарств направлено на улучшение терапевтического индекса и избегания побочных эффектов, а сочетание подходов мониторинга накопления МНЧ методом МРТ с терапией методом гипертермии или химиотерапии имеет большой потенциал для персонализации подходов к лечению рака [Recent advances., 2019 ; Design of Magnetic Nanoplatforms ... , 2022 ; Multifunctional Iron Oxide Magnetic Nanoparticles ... , 2022].
Среди магнитных материалов МНЧ на основе оксидов железа являются перспективными из-за их биосовместимости, поскольку они могут метаболизироваться и выводится из организма или откладываться в клетках в виде эндогенного железа [Multifunctional Iron Oxide Magnetic Nanoparticles ... , 2022 ; Biomedical Applications ..., 2022]. Среди всех оксидов железа Fe3O4 привлекает наибольшее внимание благодаря своим превосходным магнитным свойствам, позволяющим управлять МНЧ с помощью наложения переменного магнитного поля (ПМП), дешевому синтезу, легкости модификации поверхности, низкой токсичности, химической стабильности [Green Synthesis ..., 2021 ; Fe3O4 Nanoparticles ..., 2021].
Цель работы - исследовать применимость магнитных наночастиц на основе Fe3O4 в качестве носителей доксорубицина in vitro для противоопухолевой терапии.
Задачи:
1. Оценить тепловой отклик МНЧ-носителей доксорубицина.
2. Изучить влияние ПМП на высвобождение доксорубицина с поверхности МНЧ.
3. Изучить цитотоксическое действие МНЧ-носителей доксорубицина на клетки нормальных и опухолевых линий.
4. Выполнить сравнительный анализ и определить наиболее перспективные МНЧ для дальнейшего исследования противоопухолевой активности in vivo.
Работа была выполнена в Центральной научно-исследовательской лаборатории Сибирского государственного медицинского университета под руководством заведующего центром Биологических исследований и биоинженерии ЦНИЛ СибГМУ Першиной Александры Геннадьевны.
Магнитные наночастицы (МНЧ) представляют собой интересный класс наноматериалов, которые широко исследуются для использования во многих приложениях: в сенсорных технологиях, устройствах памяти, магнитной сепарации, магнитной маркировке и каталитических процессах [Magnetic Nanoparticles as Versatile Carriers ..., 2018 ; Magnetic-Nanosensor-Based ..., 2020 ; Fe3O4 Nanoparticles ..., 2021]. В биомедицине МНЧ также применяются как контрастные агенты для магнитно-резонансной томографии (МРТ), носители лекарств и средства для магнитной гипертермии [Magnetic nanomaterials ... , 2020 ; A multifunctional potential agent ... , 2021 ; Iron oxide-based magneto-optical nanocomposites ... , 2021 ; Chubarov, 2022]. Использование наноматериалов для доставки лекарств направлено на улучшение терапевтического индекса и избегания побочных эффектов, а сочетание подходов мониторинга накопления МНЧ методом МРТ с терапией методом гипертермии или химиотерапии имеет большой потенциал для персонализации подходов к лечению рака [Recent advances., 2019 ; Design of Magnetic Nanoplatforms ... , 2022 ; Multifunctional Iron Oxide Magnetic Nanoparticles ... , 2022].
Среди магнитных материалов МНЧ на основе оксидов железа являются перспективными из-за их биосовместимости, поскольку они могут метаболизироваться и выводится из организма или откладываться в клетках в виде эндогенного железа [Multifunctional Iron Oxide Magnetic Nanoparticles ... , 2022 ; Biomedical Applications ..., 2022]. Среди всех оксидов железа Fe3O4 привлекает наибольшее внимание благодаря своим превосходным магнитным свойствам, позволяющим управлять МНЧ с помощью наложения переменного магнитного поля (ПМП), дешевому синтезу, легкости модификации поверхности, низкой токсичности, химической стабильности [Green Synthesis ..., 2021 ; Fe3O4 Nanoparticles ..., 2021].
Цель работы - исследовать применимость магнитных наночастиц на основе Fe3O4 в качестве носителей доксорубицина in vitro для противоопухолевой терапии.
Задачи:
1. Оценить тепловой отклик МНЧ-носителей доксорубицина.
2. Изучить влияние ПМП на высвобождение доксорубицина с поверхности МНЧ.
3. Изучить цитотоксическое действие МНЧ-носителей доксорубицина на клетки нормальных и опухолевых линий.
4. Выполнить сравнительный анализ и определить наиболее перспективные МНЧ для дальнейшего исследования противоопухолевой активности in vivo.
Работа была выполнена в Центральной научно-исследовательской лаборатории Сибирского государственного медицинского университета под руководством заведующего центром Биологических исследований и биоинженерии ЦНИЛ СибГМУ Першиной Александры Геннадьевны.
1. Магнитные наночастицы на основе БезО4, модифицированные SiO2, способны разогреваться в переменном магнитом поле, дополнительная модификация поверхности частиц с использованием полиэтиленгликоля увеличивает коэффициент удельного поглощения энергии (SAR).
2. Модификация магнитных наночастиц на основе ЬезО4, силанизированных с использованием 1,5-кратного избытка тетраэтилсиликата в присутствии N-фосфоно-метил- иминодиуксусной кислоты, обеспечивает эффективную сорбцию и последующее высвобождение доксорубицина с поверхности, усиливающееся при наложении переменного магнитного поля.
3. Магнитные наночастицы на основе ЬезО4, загруженные доксорубицином, имеют значения IC50, сопоставимые со свободным доксорубицином, но оказывают более выраженное цитотоксическое действие на раковые, чем на нормальные клетки в диапазоне концентраций, близких к IC50.
4. Магнитные наночастицы на основе ЬезО4, модифицированные с использованием 1,5-кратного избытка тетраэтилсиликата в присутствии N-фосфоно-метил- иминодиуксусной кислоты с последующей сорбцией доксорубицина в натрий-фосфатном буфере (рН 7,8-7,9) при соотношении МНЧ:доксорубицин, равном 1:0,5, могут быть рекомендованы для исследования их противоопухолевой активности in vivo
2. Модификация магнитных наночастиц на основе ЬезО4, силанизированных с использованием 1,5-кратного избытка тетраэтилсиликата в присутствии N-фосфоно-метил- иминодиуксусной кислоты, обеспечивает эффективную сорбцию и последующее высвобождение доксорубицина с поверхности, усиливающееся при наложении переменного магнитного поля.
3. Магнитные наночастицы на основе ЬезО4, загруженные доксорубицином, имеют значения IC50, сопоставимые со свободным доксорубицином, но оказывают более выраженное цитотоксическое действие на раковые, чем на нормальные клетки в диапазоне концентраций, близких к IC50.
4. Магнитные наночастицы на основе ЬезО4, модифицированные с использованием 1,5-кратного избытка тетраэтилсиликата в присутствии N-фосфоно-метил- иминодиуксусной кислоты с последующей сорбцией доксорубицина в натрий-фосфатном буфере (рН 7,8-7,9) при соотношении МНЧ:доксорубицин, равном 1:0,5, могут быть рекомендованы для исследования их противоопухолевой активности in vivo